物聯(lián)網(wǎng)導論-6-互聯(lián)網(wǎng)技術在萬物互聯(lián)中的應用

1、內(nèi)容提要網(wǎng)絡是物聯(lián)網(wǎng)最重要的基礎設施之一。物聯(lián)網(wǎng)是下一代互聯(lián)網(wǎng)嗎？為了解決這個問題，首先需要認識互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)。本章將介紹互聯(lián)網(wǎng)的基本概念及體系結構。第2-5章介紹了感知識別層多樣化的信息獲取方式自動識別技術與RFID傳感器技術定位系統(tǒng)智能信息設備本章重點介紹互聯(lián)網(wǎng)的組成元素，接入方式，網(wǎng)絡核心等基本概念，并著重介紹互聯(lián)網(wǎng)分層體系結構中的應用層，傳輸層，網(wǎng)絡層。內(nèi)容回顧6.1 互聯(lián)網(wǎng)概述互聯(lián)網(wǎng)概述6.2 應用層6.3 傳輸層6.4 網(wǎng)絡層6.5 從互聯(lián)網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)有哪些基本組件，通過什么方式實現(xiàn)互聯(lián)互通的呢？本章內(nèi)容6.1 互聯(lián)網(wǎng)概述：“網(wǎng)絡”構成的網(wǎng)絡網(wǎng)絡終端網(wǎng)絡終端：服務器個人電腦智能手

2、機多樣的終端設備通過不同的接入方式接入方式接入互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡接入方式撥號上網(wǎng)：撥號上網(wǎng)：互聯(lián)網(wǎng)普及初期最常用的有線接入方式，通過調(diào)制解調(diào)器（Modem）利用當?shù)剡\營商提供的電話號碼撥號接入互聯(lián)網(wǎng)，是一種低速接入，最高數(shù)據(jù)傳輸速率56kbps。DSL：目前運用最廣泛的有線接入方式，基于普通電話線的寬帶接入技術。上傳速率峰值：1Mbps （通常小于1Mbps），下載速率峰值：8Mbps （通常小于2Mbps），速率穩(wěn)定，帶寬獨享，與語音服務獨立。電力線：電力線：利用電力線進行網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)男滦陀芯€接入方式，最高速率14Mbps，結構靈活，適用范圍廣，成本低。以太網(wǎng)：以太網(wǎng)：應用最廣泛的局域網(wǎng)通信技術，

3、包括10Mbps，100Mbps，10Gbps等速率范圍，具有速率高，抗干擾能力強的特點，適用于各類企事業(yè)團體，可實現(xiàn)各類高速互聯(lián)網(wǎng)應用，但一次性布線成本較高。Wi-Fi：最常見的無線接入方式，是一種短距離傳輸技術，適用于辦公室及家庭環(huán)境，有11Mbps，54Mbps，300Mbps等速率范圍。網(wǎng)絡接入方式（續(xù)）網(wǎng)絡核心：互聯(lián)網(wǎng)如何提供通信服務？數(shù)據(jù)交換：數(shù)據(jù)交換：將數(shù)據(jù)從發(fā)送端傳輸?shù)浇邮斩说倪^程網(wǎng)絡設計中的核心問題：如何進行數(shù)據(jù)傳輸？數(shù)據(jù)交換電路交換電路交換分組交換報文交換數(shù)據(jù)報數(shù)據(jù)報虛電路電路交換電路交換數(shù)據(jù)電路：數(shù)據(jù)電路：circuit特點：特點：即時通訊，服務質(zhì)量保障可擴展性差，準備時

4、間長分組交換分組交換通訊數(shù)據(jù)單元：通訊數(shù)據(jù)單元：分組特點：特點：資源利用率高，信息傳輸效率高，服務質(zhì)量無保障多數(shù)情況下物聯(lián)網(wǎng)的服務不必苛求具有延時保障的即時通信能力，因此，高效且低成本的分組交換將成為物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)交換的首選方式。電路交換VS分組交換6.1 互聯(lián)網(wǎng)概述：網(wǎng)絡協(xié)議及其分層結構為何需要分層結構？網(wǎng)絡規(guī)模網(wǎng)絡功能互聯(lián)網(wǎng)一般可劃分為5層層應用層傳輸層網(wǎng)絡層鏈路層物理層6.1 互聯(lián)網(wǎng)概述：網(wǎng)絡協(xié)議及其分層結構應用層應用層HTTP，F(xiàn)TP，SMTP，DNS協(xié)議；數(shù)據(jù)單元：報文傳輸層傳輸層TCP，UDP協(xié)議；數(shù)據(jù)單元：數(shù)據(jù)段網(wǎng)絡層網(wǎng)絡層IP，ICMP，GMP協(xié)議；數(shù)據(jù)單元：數(shù)據(jù)包鏈路層鏈路層M

5、AC協(xié)議；數(shù)據(jù)單元：幀物理層物理層數(shù)據(jù)單元：比特6.1 互聯(lián)網(wǎng)概述6.2 應用層應用層6.3 傳輸層6.4 網(wǎng)絡層6.5 從互聯(lián)網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng)應用層是用戶接觸最多的一個網(wǎng)絡分層，互聯(lián)網(wǎng)應用層有哪些關鍵應用？本章內(nèi)容應用程序構架應用程序構架客戶端服務器模式服務器直接向所有用戶提供服務成本高，可擴展性差對等網(wǎng)絡模式每一個網(wǎng)絡終端既是資源的使用者也是資源的提供者擴展性強，資源利用率高管理困難，服務不穩(wěn)定6.2 應用層：應用程序構架 應用層應用層描述業(yè)務邏輯，包括應用流程、程序狀態(tài)、數(shù)據(jù)內(nèi)容和形式Web包含的三個重要概念超文本超媒體超文本傳輸協(xié)議（HTTP）Web的特點圖形化界面終端的獨立性交互性和動態(tài)性

6、6.2 應用層：Web和HTTP協(xié)議HTTP超文本超媒體HTTP協(xié)議協(xié)議是Web的核心，負責Web服務器和客戶端應用層之間的通信。定義了服務器和用戶之間通信的次序以及數(shù)據(jù)格式。服務器端：網(wǎng)頁客戶端：瀏覽器URL例如http:/，用戶可通過HTTP協(xié)議訪問主機上的web資源6.2 應用層：Web和HTTP協(xié)議域名：域名：Web服務器在網(wǎng)絡上的唯一標識（標識作用）用來在網(wǎng)絡中定位一臺Web服務器的標識（定位作用）域名一般具有可以直接理解的語義信息，如http:/cn：服務器位于中國edu：服務器用于教育機構tsinghua：該web服務器為清華大學所有域名與IP地址：IP是互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)部使用的標識，有

7、固定的長度，域名沒有長度限制。域名到IP地址的轉換：域名系統(tǒng)域名系統(tǒng)6.2 應用層：域名系統(tǒng)分層組織的DNS（域名系統(tǒng)）服務結構根域名系統(tǒng)服務器13臺根域名服務器一級域名服務器負責如.com、.edu、.net的一級域名負責代表國家地區(qū)的.cn、ca的一級域名權威域名服務器服務每一個擁有Web的機構兩種服務方式自維護權威域名服務器第三方權威域名服務器域名服務器共同協(xié)作完成域名解析域名解析6.2 應用層：域名系統(tǒng)（續(xù)）6.2 應用層：域名解析交互式域名解析：交互式域名解析：逐級詢問當用戶向本地DNS服務器請求解析時，若本地DNS服務器已持有所需域名對應IP，則將信息返回給用戶，否則從根服務器開始

8、一層一層向下詢問，直到獲取域名對應IP并返回給用戶。6.2 應用層：域名解析（續(xù)）遞歸式域名解析：遞歸式域名解析：本地DNS服務器代理每當一個DNS服務器被查詢一個域名的IP地址時，如果該服務器沒有記錄，則該服務器親自代表詢問者去獲取該域名的IP地址，直到得到該信息。6.1 互聯(lián)網(wǎng)概述6.2 應用層6.3 傳輸層傳輸層6.4 網(wǎng)絡層6.5 從互聯(lián)網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng)傳輸層是網(wǎng)絡終端經(jīng)過網(wǎng)絡進行通信時的第一個端到端的層次。傳輸層為應用層程序或協(xié)議建立起虛擬的端到端傳輸通路。本章內(nèi)容6.3 傳輸層：套接字套接字：套接字：應用程序與傳輸層之間進行通信的一道門，使得當一個網(wǎng)絡終端運行多個網(wǎng)絡應用程序是，不同應用

9、程序的收發(fā)信息不會產(chǎn)生混亂。套接字需要IP地址和端口號區(qū)別同一終端上正在運行的不同應用程序。IP地址用于區(qū)別不同終端，端口號用于區(qū)別同一終端上的不同應用程序。如何在傳輸層上建立端到端的邏輯連接？傳輸層上端到端的連接是進程與進程之間的連接（不是終端之間的連接）所需信息所需信息發(fā)送端的IP地址：標識發(fā)起者主機終端發(fā)送端的端口號：標識發(fā)起者主機具體進程接收端的IP地址：標識接收者主機終端接收端的端口號：標識接收者主機具體進程傳輸層協(xié)議傳輸層協(xié)議UDP協(xié)議：提供沒有可靠性保證的數(shù)據(jù)傳遞TCP協(xié)議：提供有可到性保障的數(shù)據(jù)傳遞6.3 傳輸層：UDP協(xié)議UDP協(xié)議：協(xié)議：用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議（User Datag

10、ram Protocol），為傳輸層提供簡單的不可靠的信息傳輸服務。協(xié)議特點協(xié)議特點數(shù)據(jù)通訊不需要建立連接較小的啟動延遲較小的啟動延遲數(shù)據(jù)通訊不需要維護連接狀態(tài)少量的資源消耗少量的資源消耗輕量級的通訊開銷較短的數(shù)據(jù)包格式較短的數(shù)據(jù)包格式應用場合應用場合網(wǎng)絡電話，網(wǎng)絡視頻等數(shù)據(jù)包延遲造成的危害通常大于數(shù)據(jù)包丟失的危害的應用6.3 傳輸層：TCP協(xié)議TCP協(xié)議：協(xié)議：傳輸控制協(xié)議（Transmission Control Protocol），為上層應用提供可靠的、基于字節(jié)流的傳輸服務。由于TCP協(xié)議所基于的網(wǎng)絡層協(xié)議（IP協(xié)議）不提供可靠傳輸保障，傳輸?shù)目煽啃酝耆怯蒚CP所包含的各種機制實現(xiàn)的。

11、可靠性傳輸實現(xiàn)機制數(shù)據(jù)分割數(shù)據(jù)編號接收反饋可靠性傳輸機制數(shù)據(jù)分割數(shù)據(jù)編號接收反饋TCP協(xié)議：可靠傳輸?shù)膶崿F(xiàn)TCP協(xié)議的可靠性保障機制示意數(shù)據(jù)分割三次握手三次握手數(shù)據(jù)傳輸可靠性傳輸機制數(shù)據(jù)分割數(shù)據(jù)編號接收反饋TCP協(xié)議的建立：三次握手第一次握手：第一次握手：由請求者發(fā)起，客戶端發(fā)起的第一次握手報文稱為SYN報文，其中包含發(fā)起者第一個真正數(shù)據(jù)報文的起始編號。第二次握手：第二次握手：服務器收到SYN報文后發(fā)送給客戶端的確認信息，稱為SYNACK報文，完成第二次握手后，服務器分配網(wǎng)絡資源和帶寬。第三次握手：第三次握手：由客戶端發(fā)送，包含客戶端想從服務器獲取的數(shù)據(jù)資源，服務器收請求后，TCP連接成功建立

12、?？煽啃詡鬏敊C制數(shù)據(jù)分割數(shù)據(jù)編號接收反饋TCP協(xié)議的特點面向連接的傳輸：需通信雙方維護連接的狀態(tài)?？煽啃詡鬏敚捍_保傳輸不出現(xiàn)丟失和亂序。流控制：匹配發(fā)送端和接收端的速率。擁塞控制：避免網(wǎng)絡過于擁擠，考慮了不同通信方之間的公平性。6.1 互聯(lián)網(wǎng)概述6.2 應用層6.3 傳輸層6.4 網(wǎng)絡層網(wǎng)絡層6.5 從互聯(lián)網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信時，互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)部的互聯(lián)互通是通過什么方式實現(xiàn)的呢？本章內(nèi)容6.4 網(wǎng)絡層：路由器路由器路由器是網(wǎng)絡互聯(lián)互通的橋梁路由器通過路由算法選擇數(shù)據(jù)傳輸路徑路由表：IP地址，端口號當路由器收到一個數(shù)據(jù)包后會查看該數(shù)據(jù)包網(wǎng)絡層包頭中接收終端的IP地址，根據(jù)路由表中的信息將該數(shù)據(jù)包通過

13、對應的端口進行轉發(fā)。目的地址范圍端口號11011111 00000001 00010001 00000000到11011111 00000001 00010001 09999999 11011111 00000001 00010001 10000000到11011111 00000001 00010001 10000000其他1236.4 網(wǎng)絡層：IP協(xié)議IPv4協(xié)議協(xié)議32比特地址分配：地址分配：由ICANN總體分配，共5類IPv4地址A類：政府機構B類：中等規(guī)模的公司和企業(yè)C類：小型的組織和個人D類和E類：特殊用途面臨的問題面臨的問題數(shù)量枯竭問題IPv6IPv6協(xié)議協(xié)議128比特協(xié)議優(yōu)點協(xié)

14、議優(yōu)點:巨大的數(shù)量：可以給每一粒沙子分配一個IP地址包頭格式做了進一步改進，更簡潔，更小的通訊延遲安全性的提高面臨的問題面臨的問題與IPv4的兼容問題IPv4如何過渡到IPv6？雙棧技術雙棧技術在IPv6設備中加入IPv4協(xié)議棧使得設備同時支持兩種協(xié)議。存在的問題：若通信過程中將IPv6數(shù)據(jù)包轉換成IPv4數(shù)據(jù)包，則無法還原最初的IPv6數(shù)據(jù)包。IPv4如何過渡到IPv6？隧道技術隧道技術將IPv6數(shù)據(jù)包打包為IPv4數(shù)據(jù)包構建傳輸隧道IPv6數(shù)據(jù)包可以還原6.1 互聯(lián)網(wǎng)概述6.2 應用層6.3 傳輸層6.4 網(wǎng)絡層6.5 從互聯(lián)網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng)從互聯(lián)網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)是下一代互聯(lián)網(wǎng)嗎？本章內(nèi)容下一代

15、互聯(lián)網(wǎng)應具備的特點：下一代互聯(lián)網(wǎng)應具備的特點：規(guī)模更大：IPv6逐步取代IPv4，連接更多的終端和用戶。速度更快：目標至少100Mbps。安全性更高：網(wǎng)絡安全可控性，可管理性增強。使用更方便：與移動通信技術無縫配合，用戶不再受地理位置限制。6.5 下一代互聯(lián)網(wǎng)探索CNGI項目項目項目全稱：Chinas Next Generation Internet，2003年在中國開展四大突破：世界上第一個純IPv6局域網(wǎng)IPv6源地址認證互聯(lián)新體系自主研發(fā)的IPv4與IPv6的過渡技術國產(chǎn)IPv6路由器北京建成國內(nèi)北京建成國內(nèi)/國際互聯(lián)中心國際互聯(lián)中心CNGI6IX實現(xiàn)了6個CNGI主干網(wǎng)絡的高速互聯(lián)實現(xiàn)

16、了與北美，歐洲，大洋洲等地區(qū)的下一代互聯(lián)網(wǎng)高速互聯(lián)6.5 下一代互聯(lián)網(wǎng)探索互聯(lián)網(wǎng)的延伸互聯(lián)網(wǎng)的延伸終端多元化擺脫“人在上網(wǎng)”的束縛網(wǎng)絡世界和物理世界更加緊密的聯(lián)系信息獲取方式的多樣化主動獲取，被動告知感知行為的智能化人類對物理世界的控制能力得到前所未有的加強互聯(lián)網(wǎng)在物聯(lián)網(wǎng)中的重要性互聯(lián)網(wǎng)在物聯(lián)網(wǎng)中的重要性物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)應用的延伸和拓展，互聯(lián)網(wǎng)是實現(xiàn)物（人）與物（人）之間更加全面的互聯(lián)互通的最重要和最主要的途徑。6.5 從互聯(lián)網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng)本章小結內(nèi)容回顧內(nèi)容回顧本章介紹了互聯(lián)網(wǎng)的基本組件和體系結構，重點討論了應用層，傳輸層和網(wǎng)絡層的功能，簡單介紹了各層典型的協(xié)議和應用。重點掌握重點掌握熟悉互聯(lián)網(wǎng)中常用的接入方式。重點理解電路交